バイオグリッドの国際連携

ISGC 2003
12/19/2003
◆
biogrid project
Construction of a Super computer Network
バイオグリッドの国際連携
文部科学省
「アジアグリッドイニシアティブ」
下條真司 大阪大学サイバーメディアセンター
伊達 進 大阪大学大学院情報科学研究科
◆スーパーコンピュータネットワークの構築 (BioGrid Project)
biogrid project
Construction of a Super computer Network
• 文部科学省 ITプログラム「e-scienceプロジェクト」の一つ
• 生命科学（医学・生物学など）分野におけるＩＴ応用研究を推進するため、大阪大学サイバーメディアセン
ターを核として、高度な計算資源とネットワークを利用する基盤環境とソフトウェアをグリッド上に構築する。
• 生命科学とＩＴ分野を結ぶ架け橋となる人材を育成する。
• 国立研究期間、民間企業、国際機関との連携を通じて、スピードの速い開発を行う。
• これらの基盤環境とソフトウェアにより関西における関連機関の連携を強化し、in silico創薬の可能性を開
くとともに我が国の国際競争力の強化をねらう。
• コンピューティンググリッドとデータグリッドの融合を生命科学分野に特化して行う
高輝度光科学
研究センター
産業技術総合
研究所
大阪大学超高圧
電子顕微鏡センター
大阪大学サイバー
メディアセンター
大阪大学
蛋白質研究所
彩都ライフ
サイエンス
パークセンター
医薬基盤技術
研究施設
国立遺伝学
研究所
大阪大学大学院
情報科学研究科
San Diego
Supercomputer
Center (USA)
神戸医療
産業都市
国家高速電脳
中心 (台湾)
www.biogrid.jp
大阪大学大学院
理学研究科
大阪大学大学院
情報科学研究科
奈良先端科学
技術大学院大学
生物分子
工学研究所
大阪大学遺伝
情報実験センター
Nanyang Technological
UniversityPharmaceutical
(Singapore)
Industry
製薬企業
神戸大学理学部
◆ 研究開発体制
biogrid project
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プロジェクトリーダー 下條真司 （大阪大学）
外部助言委員会
運営委員会
プロジェクト管理
グリッド基盤グループ
千里国際情報事業財団
リーダー : 伊達 進 （大阪大学）
大阪大学、 NECシステムテクノロジー、三井情報開発、千里国際情報事業財団
データグリッドグループ
リーダー : 松田 秀雄 （大阪大学）
大阪大学、京都大学、日立ソフトウェアエンジニアリング、蛋白質研究奨励会、日本ヒューレット・パッカード、
富士通九州システムエンジニアリング、三菱スペースソフトウェア、アズテックシステム
コンピューティンググリッドグループ
リーダー : 中村 春木 （大阪大学）
大阪大学、NEC基礎研究所、日立製作所、生物分子工学研究所
ＨＴＣグループ
リーダー : 藤川 和利 （奈良先端科学技術大学院大学）
大阪大学、神戸大学、奈良先端科学技術大学院大学、日本原子力研究所
Ｔｅｌｅｓｃｉｅｎｅグループ
大阪大学大学院
医学系研究科
日本原子力
研究所
京都大学
化学研究所
蛋白質研究
奨励会
IT企業
◆ 世界の関連プロジェクト
BioGrid network
www.biogrid.jp
biogrid project
Construction of a Super computer Network
• ITBL
• BIRN (BioMedical Information Research
Network)
• NC Biogrid
• BII@SINGAPORE
• 東京ゲノムベイ/OBIGRID
• 大阪大学ＣＯＥ「ネットワーク共生環境」
• UK E-Science Project
• GGF/Semantic Grid RG
リーダー : 八木 直人 （高輝度光科学研究センター）
大阪大学、高輝度光科学研究センター、産業技術総合研究所
◆ 国内外での連携
• 産総研ライフエレクトロニクスラボ
– MEGプロジェクト
• PRAGMA (Pacific Rim Application and Grid
Middleware Assembly )
• BIRN
• BII
http://www.pragma-grid.net
• CAS （中国科学技術院）
• GGF/Life Science WG
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Founding Motivations
• Science is an intrinsically global activity
IVOA
• The grid is transforming computing and
collaboration
• The problem remains that the
grid is too hard to use
• Middleware software needs to
interoperate
Peter Arzberger, [email protected]
Philip Papadopoulos, [email protected]
Shinji Shiojo, biogrid project, Japan
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12/19/2003
Peter Arzberger, [email protected]
Philip Papadopoulos, [email protected]
◆
PRAGMA PARTNERS
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Tele-science on Tomography
Pacific
Rim
SDSC
Osaka U.
Application
Grid
NCHC
Middleware
Assembly
NCHC will
host 5th
PRAGMA in
Oct. 2003
iGrid 02, joint demo, Sep. 2002
SC 02, HPC Challenge, Nov. 2002
8
Affiliate Member
◆ Goal
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• Improve throughput of observation facility
providing the following functions by the
introduction of Grid:
◆ Telecontrol System for UHVEM
Control Signals
over TCP/IP
– Data analysis function
– Knowledge sharing function
– Telecontrol function
Shutter control for film camera
Sun Ultra
Solaris WS
Server software with
GUI
Using OS dependent
GUI library
Developed by Hitachi
High
Technologies
Over International Collaboration
biogrid project
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Global
Global
Network
Network
Windows PC
Control Client with knob
box
Visual Basic
Developed by Hitachi
High Technologies
Windows PC
CCD Control software
EMMENU3
Developed by Tietz
No control path
between client and
CCD PC
Akiyama
◆ Data analysis function
biogrid project
Construction of a Super computer Network
◆ Progresses
biogrid project
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• Image data analysis on UHVEM and High resolution
CT (SPring-8)
– Real-time analysis of large scale data obtained from special
devices
• Dataflow optimiaztion
– Adaptive visualization system for handling various
environments
• GT3 enabled new architecture of telescience
portal (NCMIR, SDSC)
• Telecontrol and analysis system for UHVEM
(Cybermedia Center, NCHC)
• Pipelined image processing method
(Cybermedia Center)
• New HDTV codec using JPEG2000 (KDDI
R&D Laboratory)
Akiyama
Provided by Dr. Naoko Yamada (NCMIR)
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◆ Demonstration
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◆ HDTV codec using JPEG2000
• Telecontrol and image processing system prototype
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Construction of a Super computer Network
• Previous codec was using MPEG2
• JPEG2000 enables us to …
– HDTV transfer system (demonstrated at NPACI booth)
– Image analysis web portal (demonstrated at BioGrid booth)
– Show clear image
– Control bandwidth to be required
◆ SC2003
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◆
Collaborations
biogrid project
Construction of a Super computer Network
MoU among NCMIR (UCSD), CMC, UHVEM, (Osaka Univ), KDDI, KBSI
◆ Our Goals
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Construction of a Super computer Network
• Develop telescience portal environment among
Japan, Korea, US and other.
• International collaboration for Agriculture &
Ecogrid
– Taiwan, US, Japan, Thailand, Australia, China and
other
• Integration of Data and Computation on Grid
– GGF10 RG may be proposed for instruments on the
Grid – from synchrotrons to sensors
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◆
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中国との農業を通じたグリッド連携
-黄土高原生態文化回復へむけて 大阪大学大学院情報科学研究科
バイオ情報工学専攻 ゲノム情報工学講座
助手 伊達 進
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◆ 講演内容
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• バイオグリッド成果(の復習): 中国科学院とのテストベッド
– GUIDE (Grid User Interface to the Distributed Environment)
– GSI-SFS ( A Secure Filesystem on the Grid)
• 今後の方針:黄土高原生態文化回復プロジェクト
– プロジェクト概要とその意義
– 導入される技術の紹介
◆ Collaboration with CAS
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• China is a megadiversity country that is said to
have 70%+ species.
• CAS is moving towards the
construction and integration
of databases of specimens
and names (SDB, Scientific
database project, Kai Nan,
CAS)
Osaka University and CAS team (currently, Juncai Ma’s team) started
building a proto-type BioGrid using Osaka’s Grid technologies and
CAS’s database technologies and data resource of importance.
◆ GUIDE概要
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• 創薬研究過程において、比
較的利用頻度が高く、共通
性の高いソフトウェア、ツー
ルのグリッド化
– JSP (JavaServer Pages) – 動的ウェブページ生成
– Tomcat – Servlet エンジン
– Apache – Web サーバ
• “Gridified” toolへのポータ
ルの提供
• Grid technologies
– Java CoG Kit – Javaインタフェースの提供
– Globus Toolkit ver2.0 – Grid機能の提供
– MyProxy – online credential repository
– ユーザフレンドリなGUIにより
複雑なグリッドのメカニズムを
隠蔽
◆ Technical view of GUIDE (2)
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WEB Page
Servletエンジン
Web server
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Username
Password
Servlet
Tomcat
apache
◆ GUIDE in Action(1)
Certificate
Servlet
Client
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• Web technologies
– BLAST (相同性検索)
– ClustalW (多重整列と系統樹
作成)
JSP
◆ Technical view of GUIDE (1)
Grid User Interface to
the Distributed Environment
MyProxy
blast選択
ユーザの証明書
が保持されている
CoG 0.9.13
Globus Toolkit 2.0
JavaとGridの架け橋
Grid機能の提供
Grid Network
Blast
ClustalW
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Servlet
Servlet
入力
サーブレット
Client
JSP
Tomcat
apache
MyProxy
credential
CoG 0.9.13
Globus Toolkit 2.0
Grid機能利用
Grid機能利用
single signsign-on
Grid Network
Blast
ClustalW
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◆ GUIDE in Action(2)
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◆ 背景
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グリッド環境
大学１
研究所１
ユーザの要求:
製薬会社1
製薬会社3
製薬会社2
1) データ共有環境はほしい
2)他の製薬会社にアクセスしているデータ
ベースについて知られたくない。
3) ネットワークのデータをデータ機密性を
保持するため暗号化したい。
4) 利便性は確保しておきたい
◆ 要求される機能
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• SDI (Single Disk Image): ユーザはNFSのように
ファイル空間を一元的に扱いたい
• Single Sign-on: ファイルにアクセスする際に必要
となる認証の回数を最小限にしたい
• On-demand Remote Filesystem Access: アクセス
の必要性に応じてファイルにアクセスしたい
• データ機密性を確保: アクセスしているデータに関
して、他人に知られたくない
• ユーザ利便性：データセキュリティのために不便
になるのは避けたい
◆ SFS (Self-Certifying Filesystem)
Server A
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Server B
Server C
ファイルシステム
SFS Server
通信路は暗号化
ユーザはon-demand
され、データの機密性は
/sfs
にファイルシステムを SFS Client
保たれる
マウントできる
Server A/
NFS Client
filesystem
Client A
◆ SFS (Self-Certifying Filesystem)
NFS Server
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Client B
◆ GSI-SFS
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• GSI (Grid Security Infrastructure)とSFS (SelfCertifying Filesystem)の機能を統合したセキュアファ
イルシステム
Server A
NFS Server
Server B
Server C
Server C
ファイルシステム
Server B
Server A
SFS Server
SFSサーバとユーザ間ごとに鍵情報を
共有しなければならないため、ユーザ
SFS Client 利便性が高くない。グリッド環境での
応用は不向き。
NFS Client
Client A
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sfsserver
filesystem
gsisfsd
gsisfsd
GSI
sfsserver
filesystem
/sfs
proxy
grid-proxy-init
Server C/ Server A/
gsisfsagent
ひらけグリッド！
Client B
filesystemsfsclient
filesystem
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◆ GSI-SFSの特徴
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◆
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GUIDE
•
•
•
•
•
SDI (Single Disk Image)
Single Sign-on
On-demand Remote Filesystem Access
データ機密性を確保
ユーザ利便性
Researchers
Researchers
Institute of Microbiology,
CAS
Osaka University
ClustalW
blast
ClustalW
グリッド環境
グリッドに一度ログインすれば、オンデマンド
にユーザレベルでSDIを有するセキュア
データグリッド環境を実現できる。
グリッド環境上で機密データ
の共有を実現！
blast
Osaka: 大規模な
PDB
計算リソースと解析ソフト
Globus (Grid middle ware)
GRAM
製薬会社1
製薬会社3
製薬会社2
◆ 中国科学院ー阪大リサーチテストベッド動作
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Biological
Resource
database
GSI-SFS
CAS: 貴重なデータ資源
GSI
GASS
MDS
IPv6 (Future Works)
◆ A testbed on bioinformatics on sc2003
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• Connected data and computational resources
Username
password
Researchers
/gsisfs
Researchers
/gsisfs
GUIDE
In Action
Osaka University
cas.host
Institute of Microbiology,
CAS
tokyo.host
ClustalW
blast
ClustalW
blast
Auto mount
GSI-SFS
PDB
Biological
Resource
database
32+ processors
Globus (Grid middle ware)
Bio-scientists
Chinese Academy of Science, China
File-based
bio-DB including
much information of
Chinese endemic species
/gsisfs/cas.host/data
プロセス
– Chinese valuable biological database
– Large computational resources provided by our cluster
and PRAGMA collaborators
GUIDE
Grid Portal
GSI-
SFS
sec
ure
WWW
co
nt
ro
l
acce
ss
156+ processors
Applications
Applications
GRAM
GSI
GASS
MDS
Bioinformatics Institute, Singapore
IPv6 (Future Works)
◆ Research Testbed のまとめ
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Parallelized BLAST,
ClustalW, user
applications, etc
Osaka University, Japan
◆ 黄土高原の砂漠化
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• 中国CAS, シンガポールBIIのデータ資源と計算資
源を統合
• GSI-SFS + GUIDEにより、データ、計算資源の位置
に依存しないBLAST, ClustalWが実現
• データセキュリテイとユーザ利便性を考慮したデータ
アクセスモデルの提供
– 排他性
– 通信路暗号化
– Single sign-on
都会の発展
高原の民は貧しい。
砂漠化の影響
じゃあ今後の方針は？この環境が
なににいかされるのか？
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◆ ＰＪ概要：生態循環文化・経済の確立による地域活性化・緑化
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ヒューマンネットワークに
よる植林の促進
境
よる環
緑化に
◆ 導入される技術
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・北海道自然学研究所・青木電器・ＤＧＣ総研の環境
浄化技術（北海道小清水方式）
改善
・未来農業集団（北海道芽室町）のＩＴ農業
・中央農研・三重大学生物資源学部の遠隔監視技術
糞
尿
肥料
無臭化・肥料生産
文
化
振
興
先端技術による運
営・記録
・中国科学院微生物研究所・北海道農研の土壌・生
物資源管理技術
・大阪大学サイバーメディアセンターの次世代イン
ターネット技術
生産履歴付の有機
野菜の供給
This slide was derived from the presentation materials
Of Dr. Hatano, CAS, Beijing,China.
This slide was derived from the presentation materials
Of Dr. Hatano, CAS, Beijing,China.
◆ 中央農研・三重大学生物資源学部の遠隔監視技術
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◆ 中国科学院微生物研究所・北海道農研の土壌管理技術
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Construction of a Super computer Network
・温度、湿度、現場映像をモニ
タリン グするフィ ールドサー
バー
モニタ画面（Web）→
病害が発生する
微生物のDNAから計算
インターネット接続型気象ロボット
全世界同時収集＆配信
◆ 中国科学院微生物研究所の生物資源管理技術
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病害が発生しない
◆ 大阪大学サイバーメディアセンターの次世代インターネット技
術 6Grid
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[背景]
– 世界のグリッドプロジェクトにおいて、グリッド技術のIPv6化を本格的視野
にいれたプロジェクトは非常に少ない。
• IBM and 6net in UCL Grid, e-science
– わが国の、裏づけされた高度かつ先進的なIPv6技術
• WIDE Project, http://www.wide.ad.jp/index.html
– 数多くの6Gridへ期待する研究パートナー
• SDSC, Telescience Group
• CAS (China Academy of Sciences)
• KISTI(Korea Institute of Science and Technology Information)
[これまでの関連成果]
– [~H14年度] IPv6 Globus grid toolkit1.1.3, 2.2.3 Release
e-Megadiversity Resources
in China
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• バイオ研究における必須条件であるセキュリテイ対策として、IPv6/IPSecによ
るセキュリテイを考慮
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◆ 大阪大学サイバーメディアセンターの次世代インターネット技
術 6Grid
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• GridFTP: サードパーティ転送、並列転送といったグリッドコン
ピューティング用に拡張されたファイル転送プロトコル
• Alpha Version, Release AM11:00, Nov. 14, 2003 (JST)
• Single Transfer : 単一ファイルを単一ストリームで転送 (実装済み)
• Parallel Transfer : 単一ファイルを並列ストリームで転送 (実装済み)
passive
MPICH-G2
IPv6-based Globus
ファイル
• Striped Transfer : 複数計算機間で並列的にデータを転送 (実装中)
ファイル
passive
Connector
Active
Connector
Listener
IP
v6
7node - cluster
ov
er
Construction of a Super computer Network
Korea Institute Science and
Technology Information
khryu
Contact: Mr. Dongkyun Kim
IP
v4
IPv6 network
MPICH-G2
IPv6-based Globus
MPICH-G2
IPv6-based Globus
Senri Biogrid R&D Center
Osaka University
MPICH-G2
IPv6-based Globus
ファイル
Listener
Connector
Connector
biogrid project
MPICH-G2
IPv6-based Globus
IPv6 over IPv4
Connector
Connector
Connector
Active
NEC System Technology
Contact: Mr. Shogo Fujii
Active
3 data pathway
Listener
◆ 6Grid Project over Korea-Japan
2 data pathway
depllot1
takara
exp-grid5
Contact: Mr. Ichiro Hasegawa
◆
6Grid Project Demonstration: Performance measurement
using Network over Korea and Japan
NEC System Technology
IP
v6
7node - cluster
Contact: Mr. Shogo Fujii
ov
er
IPv6 over IPv4
MPICH-G2
IPv6-based Globus
MPICH-G2
IPv6-based Globus
biogrid project
Construction of a Super computer Network
Korea Institute Science and
Technology Information
khryu
IP
v4
Contact: Mr. Dongkyun Kim
IPv6 network
MPICH-G2
IPv6-based Globus
MPICH-G2
IPv6-based Globus
Senri Biogrid R&D Center
Osaka University
exp-grid6
Contact: Mr. Hongyu Shi
◆ 大阪大学サイバーメディアセンターの次世代インターネット技
術 GUIDE
biogrid project
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Grid User Interface to
the Distributed Environment
• 創薬研究過程において、比
較的利用頻度が高く、共通
性の高いソフトウェア、ツー
ルのグリッド化
– BLAST (相同性検索)
– ClustalW (多重整列と系統樹
作成)
• “Gridified” toolへのポータ
ルの提供
– ユーザフレンドリなGUIにより
複雑なグリッドのメカニズムを
隠蔽
MPICH-G2
IPv6-based Globus
takara
depllot1
Contact: Mr. Ichiro Hasegawa
exp-grid5
exp-grid6
Contact: Mr. Hongyu Shi
◆ 大阪大学サイバーメディアセンターの次世代インターネット技術による
黄土高原総合情報化
biogrid project
Construction of a Super computer Network
biogrid project
◆ CRECモデル−伝統文化と生活・生産を技術で再び結びつける
Construction of a Super computer Network
う
先端技術
文化
生活・生産
さまざまな研究機関、大学などで開発された要素技術を、
大阪大学サイバーメディアセンターのグリッド技術によって
総合情報化していくことにより、農業、文化への技術のフィード
バックをおこなっていく
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◆ 現状
12/19/2003
biogrid project
Construction of a Super computer Network
• APAN Honoluluデモンストレーションにむけ奮闘中。
– 黄土高原−(tun6to4 in openvpn)→IMCAS−(tun6to4 in
openvpn) →KDD <導通確認>
– バイオグリッド6Grid solutionのdeployと、阪大へのIPv6接
続 <現在も作業中>
◆ まとめ
biogrid project
Construction of a Super computer Network
大阪大学サイバーメディアセンターでは、台湾、韓国、
中国の研究機関と密な連携をとり、大阪大学サイバー
メディアセンターのグリッド技術を利用した共同研究
開発を行い、今後の成果への胎動が感じられる。
[アジアグリッドイニシアティブの目的]
本課題ではアジア地域におけるグリッドの先導的研究者
を集め、アジア地域におけるネットワークおよびグリッド
技術の協調的研究開発を促進する
◆ 謝辞
biogrid project
Construction of a Super computer Network
• 本スライドの一部は、中国科学院微生物研究所信息
网絡中心 馬俊才氏よりご提供いただいたものを利用
させて頂きました。利用させていただきました資料作
成にかかわっております皆様方に感謝いたします。
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